Способ соединения оболочки трубопровода из полимерного композиционного материала с металлической законцовкой

Изобретение относится к трубопроводам топливных магистралей, работающих при криогенных температурах и высоких рабочих давлениях жидкостей и газов. Технический результат изобретения заключается в обеспечении надежной герметичности соединения металлической законцовки и оболочки трубопровода из полимерного композиционного материала. Предложен способ соединения трубопровода, имеющего оболочку из полимерного композиционного материала, с металлической законцовкой, включающий установку на последней трубопровода с фиксирующим элементом, получаемым путем намотки, производимой в форме кольца с пятидесятипроцентным перекрытием лентой из полимерного материала с последующей полимеризацией. Между металлической законцовкой и оболочкой трубопровода располагают адгезионный слой из материала, подобного материалу связующего оболочки. Толщина адгезионного слоя выбирается из соотношения (10≤b≤12) мкм, кольцо фиксирующего элемента формуют лентой из полимерного материала с двухсторонним покрытием на основе материала, подобного материалу оболочки трубопровода, производя намотку до заданного количества слоев на длине, равной или в 2 раза больше длины сопрягаемых поверхностей металлической законцовки и оболочки трубопровода, а полимеризацию ведут до температуры расплавления связующего материала. 1 ил.

 

Изобретение относится к ракетно-космической и авиационной технике, в частности к трубопроводам топливных магистралей, работающих при криогенных температурах и высоких рабочих давлениях жидкостей и газов, может найти применение в машиностроении, химической, топливной и других отраслях промышленности.

Из патентной литературы известна труба, содержащая металлический патрубок с фиксирующими элементами, охватывающую их термопластичную оболочку и армирующий стеклопластиковый слой. Известная труба выполнена с обжимной муфтой термопластичной оболочки в зоне фиксирующих элементов, металлический патрубок снабжен дополнительным фиксирующим элементом, а стеклопластиковый слой выполнен охватывающим обжимную муфту и дополнительный фиксирующий элемент (патент РФ №2262027, F16L 9/12).

Недостаток указанного соединения заключается в его сложности, которая ведет к недостаточной его эксплуатационной надежности особенно при криогенных температурах и высоких рабочих давлениях жидкостей и газов.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению можно считать способ соединения трубопровода из полимерного композиционного материала с металлической законцовкой, включающий установку на последней трубопровода с фиксирующем элементом, получающимся путем намотки ленты из полимерного материала, пропитанного эпоксидным клеем с образованием внутреннего и наружного кольца, при этом намотка внутреннего кольца выполняется с пятидесятипроцентным, а наружное - со стопроцентным перекрытием - с последующей полимеризацией (патент РФ №2396477, F16L 9/00).

Однако данный способ более трудоемкий в реализации по сравнению с предлагаемым.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении надежной герметичности соединения металлической законцовки и оболочки трубопровода из полимерного композиционного материала, упрощение и снижение трудоемкости его реализации.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе соединения трубопровода, имеющего оболочку из полимерного композиционного материала, с металлической законцовкой, включающем установку на последней трубопровода с фиксирующим элементом, получаемым путем намотки, производимой в форме кольца с пятидесятипроцентным перекрытием лентой из полимерного материала с последующей полимеризацией, между металлической законцовкой и оболочкой трубопровода располагают адгезионный слой из материала, подобного материалу связующего оболочки, причем толщина адгезионного слоя выбирается из соотношения (10≤b≤12) мкм, кольцо фиксирующего элемента формуют лентой из полимерного материала с двухсторонним покрытием на основе материала, подобного материалу оболочки трубопровода, производя намотку до заданного количества слоев на длине, равной или в 2 раза больше длины сопрягаемых поверхностей металлической законцовки и оболочки трубопровода, а полимеризацию ведут до температуры расплавления связующего материала.

Обеспечение прочности, а соответственно и герметичности соединения оболочки трубопровода из полимерного композиционного материала с металлической законцовкой, решено за счет повышения адгезионной прочности на границе металл-оболочка и снижения уровня деформации оболочки трубопровода в зоне заделки, в результате нанесения адгезионного слоя из материала связующего и формирования колец заделки оболочки из материала, подобного материалу оболочки, до заданного количества слоев с аналогичным усилением натяжения армирующей пленки, что и при намотке основных слоев оболочки, с 50% перекрытием витков на длине, равной или более длины сопрягаемой поверхности законцовки с оболочкой в 2 раза.

На чертеже представлено поперечное сечение металлической законцовки и оболочки трубопровода из полимерного композиционного материала, получаемого в результате осуществления предлагаемого способа.

Способ соединения трубопровода 1, имеющего оболочку 2 из полимерного композиционного материала, с металлической законцовкой 3 включает установку на металлической законцовке 3 трубопровода 1 с фиксирующим элементом 4 в форме кольца.

Кольцо фиксирующего элемента 4 формуют намоткой с пятидесятипроцентным перекрытием лентой из полимерного материала с двухсторонним покрытием на основе материала, подобного материалу оболочки трубопровода, например, армирующей полиимидной пленки типа ПМФ-С-352. Намотку производят до заданного количества слоев, например 20, на длине L₂≤2L₁, где L₁ - зона нанесения адгезионного слоя (длина сопрягаемых поверхностей металлической законцовки и оболочки трубопровода); L₂ - зона намотки.

Между металлической законцовкой 3 и оболочкой 2 трубопровода 1 располагают адгезионный слой 5 из материала, подобного материалу связующего оболочки 2, например суспензии фторопластовой типа Ф-4МД-Б, причем толщина адгезионного слоя 5 выбирается из соотношения (10≤b≤12) мкм.

После проведения перечисленных операций проводят термообработку слоев 3-5 при температуре расплавления (полимеризации) связующего материала.

Необходимость выбранных значений: толщины адгезионного слоя (10-12) мкм, количества слоев ленты кольца 4 заделки 20 и длины зоны заделки L₂≤2L₁, подтверждается следующими примерами, обоснованными результатами испытаний.

При толщине адгезионного слоя менее 10 мкм и более 12 мкм происходит снижение адгезионной прочности между металлической законцовкой и оболочкой трубопровода менее 5-10 МПа (50-100 кгс/см²) и, соответственно, падает герметичность в зоне заделки (более 1,33×10^-17 Вт (1×10^-3 л·мкм рт.ст./с)). Аналогичное явление наблюдается и при уменьшении количества слоев заделки, уменьшении или увеличении процентного перекрытия витков колец заделки. Это обусловлено неравномерностью обжатия зоны заделки.

Длина зоны заделки также подтверждена проведенными испытаниями на герметичность. При длине зоны заделки менее L₁ (зоны нанесения адгезионного слоя) герметичность трубопровода не обеспечивает требования технических условий, увеличение длины зоны заделки более 2L₁ технически и экономически неоправданно, т.е. увеличиваются длительность техпроцесса и дополнительный расход материалов.

Изобретение обеспечивает:

- снижение уровня деформации материала трубопровода;

- повышение адгезионной прочности в зонах заделки металлических законцовок с оболочкой из полимерного композиционного материала и, соответственно, повышает герметичность и эксплуатационную надежность трубопровода и в целом топливной магистрали изделия, работающего при криогенных температурах и высоких рабочих давлениях жидкостей газов более 10-15 МПа (10-15 кгс/см²);

- значительное упрощение и снижение трудозатрат за счет исключения дополнительных элементов.

Способ соединения трубопровода, имеющего оболочку из полимерного композиционного материала, с металлической законцовкой, включающий установку на последней трубопровода с фиксирующим элементом, получаемым путем намотки, производимой в форме кольца с пятидесятипроцентным перекрытием лентой из полимерного материала с последующей полимеризацией, отличающийся тем, что между металлической законцовкой и оболочкой трубопровода располагают адгезионный слой из материала, подобного материалу связующего оболочки, причем толщина адгезионного слоя выбирается из соотношения (10≤b≤12) мкм, кольцо фиксирующего элемента формуют лентой из полимерного материала с двухсторонним покрытием на основе материала, подобного материалу оболочки трубопровода, производя намотку до заданного количества слоев на длине, равной или в 2 раза больше длины сопрягаемых поверхностей металлической законцовки и оболочки трубопровода, а полимеризацию ведут до температуры расплавления связующего материала.